1. 概述
（中国粉体技术网/班建伟）水力旋流器可用作高岭土、石英、长石等非金属矿的分级或脱泥，少量用于脱水行业。用作分级设备时，主要用来与磨矿机等组成磨矿—分级系统。水力旋流器构造示于图1 ，其上部是一个中空的圆柱体，下部是一个与圆柱体相通的倒锥体，二者组成水力旋流器的工作筒体。圆柱形筒体上端切向装有给矿管，顶部装有溢流管及溢流导管。在圆锥形筒体底部有沉砂口。目前采用的材质主要有不锈钢、聚氨酯、橡胶等。
矿浆以0.2～0.5MPa的压力、5～12m/s的高速，从给矿管按切线方向进入圆柱形筒体，随即绕轴线高速旋转，产生很大的离心力。矿浆中粒度和密度不同的颗粒，由于受到的离心力的不同，它们在旋流器中的运动速度、加速度及方向也各不相同，粗而重的颗粒受的离心力大，被抛向筒壁，按螺旋线轨迹下旋到底部，作为沉砂从沉砂口排出。细而轻的颗粒受的离心力小，被带到中心，在锥形筒体中心形成内螺旋矿流向上运动，作为溢流从溢流管排出。
水力旋流器的优点是：①构造简单，没有运动部件；②设备费用低。维护方便，占地面积小、基建费用低；③单位容积处理能力大；④分级粒度细，目前可达2μm 以下；⑤分级效率高，最高可达80%以上；⑥矿浆在旋流器中滞留的量和时间少，停机时容易处理。
北京古生代粉体科技有限公司主要从事粉体超细粉碎、超细分级及精选提纯设备的开发、生产和销售。近几来，其不断与研究院所联合或自主开发小口径旋流器设备，在非金属矿行业得到了极大的应用。目前作为我国最大的高岭土生产企业，兖矿北海高岭土有限公司率先采用其φ25、φ50聚氨酯水力旋流器，拓展了小口径旋流器在高岭土选矿的应用。
2 应用
2.1 试验流程
广西北海多属于风化残积型高岭土，由于其风化程度相对不完全，导致其自然细粒级相对较少，但是其产品径厚比大，遮盖力好，白度相对较高，通过洗选加工后可生产比较优质的造纸涂料级产品。1999年国家非金属矿深加工研究中心受兖矿集团有限公司的委托对广西北海北风塘的高岭土资源
进行可选性试验研究。使用大口径旋流器将造成大量的高岭土资源浪费，采用多级小口径旋流器串联的方式可以开发不同级别的高岭土产品系列。
通过国家非金属矿深加工研究中心试验，确定了制浆除砂后，φ75、φ50、φ25三级旋流器配合卧式离心机分级生产造纸高岭土的生产工艺流程(图2)。
2.2 流程调试
北京古生代粉体科技有限公司生产的旋流器产品使用原色聚氨酯，不添加任何色素物质，一改聚氨酯旋流器的颜色是暗红色的传统认识，添加色素的目的是让人们尽量少看到聚氨酯聚合时的气泡。原色聚氨酯为淡黄色透明，可以比较清晰的看到矿浆在旋流体内的运动状态，便于操作人员发现旋流器运行的质量好坏。另外采用等静压“人”字型管路系统，便于操作和检修。
从以上数据分析，每段旋流器使产品中- 2μm含量增加10%左右，Al2O3含量逐级提高，高岭土提纯效果明显，而K2O/Na2O含量相对变化不大，这主要是由于作为风化高岭土，原矿中的云母具有更大的径厚比，常规的重选方式基本很难将其与高岭土实现分离。但是单就φ50 与φ25 旋流器组的情况看，两者溢流的Al2O3差别比较小，对于高岭土的提纯效果较小。估计直接使用φ25旋流器组应基本可达到相同的溢流指标。一般认为粒度范围越窄，旋流器的分选效果相应降低。
2.3 工艺改造可行性探讨
针对设计院设计的工艺流程，结合古生代的旋流器实际特点，φ75旋流器锥度大，处理量大，分选效果应远大于国家非金属矿深加工研究中心设备工业性试验。所以便对旋流器段数的省略作了初步探索。当时由于检测条件有限，仅检测了各级旋流器溢流的- 2μm 含量，试验结果是基本接近。
这组试验为现在的生产线试验提供了前期的基础。并在试生产调试过程中，与苏州非金属矿工业设计研究院交换过相关的意见，得到初步认可，但由于试验数据不太完备，没有进行实施。
此后，在正常的生产过程中，由于流程分析测试逐步减少，但是从一系列不连贯的测试数据中也是能够预见设想的可行性。2006年5月中旬，由于资源不断贫化，风化程度的降低。中间粒级的高岭土含量逐步减少，底流产品质量出现大幅度下降已是必然的趋势，所以从理论上YTC-3/YTC-5产品分别得到成为很大的困难。针对这一现实情况，再度将旋流器组省略一段的想法提出，在基本不改变溢流产品指标的情况下，提高溢流产品产率，同时减少底流产品的多样性，提高经济效益。具体试验数据汇总如表2。
 从表2的数据非常明确的看出，最终的25Y化学成分指标，省略旋流器组与不省略旋流器组，差异是不大的，省略的Al2O3含量略低，Fe2O3含量略高。主要物理性能-2μm含量、白度以及烧成白度都在可认可的偏差范围内。对于陶瓷产品的生产造成的影响应当是可以忽略的。
就生产数据来看，北京古生代精细粉体科技有限公司生产的小口径旋流器产品产率、- 2μm 回收率都相对比较高，是比较理想的产品提纯和分级设备之一，但是在实际的使用过程中也暴露出了一些问题，在使用过程中应不断得到改进和提高。
(1)沉砂嘴与旋流体采用不锈钢螺帽固定。从一定程度上讲，该固定方式与“人”字型不锈钢支架相应，美观大方，耐腐蚀，且沉砂嘴更换方便。但是，在沉砂嘴进行更换时，螺帽上的不锈钢螺纹极易将旋流体上的螺纹割伤或割坏，造成旋流体无法重复使用。经过改进，现采用塑料螺帽，紧固性好，且不伤旋流体螺纹。
(2)聚氨酯产品耐腐蚀、抗磨性能好，但是其有一定的使用寿命，易老化，尤其是目前国内众多小型生产企业采用露天方式分选，耐候耐老化是一个非常重要的问题。北京古生代精细粉体科技有限公司目前正积极与研究院所联合开发添加耐老化剂，延长老化时间，开展提高旋流器产品使用寿命的相关试验。
(3)从原设计流程实际生产数据仔细分析，φ50、φ25在分级提纯过程中，φ50作用并不十分明显，完全可以将该工艺过程省略，来达到基本相同的结果，而产品的产率将得到一定的提高。这种情况并非旋流器本身的问题，而是在工艺设计上。我们一般认为φ50旋流器分级的控制的粒度为d90=10μm，而使用φ25旋流器可以达到d90=5μm，由于北海高岭土资源风化程度的相对不完全，造成细粒级偏少，直接使用φ25旋流器控制d90=5μm有难度，所以采用增加一段旋流器分级的缘故。所以从客观上讲，今后在在工艺设计过程中，对于旋流器分级工艺匹配上，完全可以在使用φ75旋流器后，直接采用φ25旋流器。
3 结语
随着近年来非金属矿行业的快速发展，旋流器的应用越来越广泛，尤其是小口径旋流器越来越多的应用于超细分级中，北京古生代精细粉体科技有限公司自主研发的碳化硅φ10旋流器更是在这方面作出了突出的贡献，目前中国高岭土有限公司采用其完全替代卧螺离心机等设备，在产品质量不变的情况下，生产成本大幅度降低。
众所周知，影响旋流器分级效果的参数是非常多的，有结构方面的、工艺操作和给料性质方面的，而且往往相互关联，相互制约，不容易调整和控制，所以这要求国内众多的旋流器生产企业能够加强技术交流，完善旋流器的结构等方面的设计，不断推出新的产品；同时作为旋流器的应用企业也应该多报告相关使用方面的经验和数据。以此共同推进旋流器生产和应用的不断发展，使其在工业应用和生产中发挥更大的作用。
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